賀云隆，宋曉林，白宇峰，楊東華，鄧宏昌，朱洋洋，何曉奎

(1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心(計(jì)量中心)，西安 710100；2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司，西安 710048； 3.北京中宸微電子有限公司，北京 100080)

0 引 言

我國(guó)電能信息采集系統(tǒng)主要的通信技術(shù)有RS-485有線(xiàn)技術(shù)、低壓電力載波、微功率無(wú)線(xiàn)、塑料光纖、無(wú)線(xiàn)雙模等方式，而高速電力線(xiàn)載波通信技術(shù)[1](High Power Line Communication, HPLC)是現(xiàn)有集抄系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種通信技術(shù)，其物理信道是與電力傳輸共用的電力線(xiàn)纜。該系統(tǒng)連接簡(jiǎn)便，抄表模塊安裝快速，支持互聯(lián)互通[2]。但是在復(fù)雜的低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)，通信穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性不易達(dá)標(biāo)，經(jīng)常會(huì)受到強(qiáng)電環(huán)境及線(xiàn)路本身的電磁諧波干擾，在不同臺(tái)區(qū)、不同時(shí)段，受負(fù)荷變化影響，通信成功率差異較大，部分臺(tái)區(qū)組網(wǎng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致高頻曲線(xiàn)采集[3]成功率低、日凍結(jié)抄讀成功率99%后難以提升等，且現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維工作量大、成本高。

目前對(duì)基于HPLC通信技術(shù)相關(guān)設(shè)備通信可靠性和故障檢測(cè)的研究越來(lái)越重視，文獻(xiàn)[4-6]設(shè)計(jì)的裝置能夠根據(jù)采集終端和電能表記錄的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷事件屬性，但對(duì)不同廠家模塊的信號(hào)未能做到一致性的診斷；文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)針對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的便攜式低壓電力線(xiàn)載波通信信道測(cè)試裝置，不具有通用性，效率低；文獻(xiàn)[8-9]針對(duì)不同廠家的終端模塊通信差異設(shè)計(jì)了檢測(cè)方法和裝置；文獻(xiàn)[10]雖然利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)仿真HPLC通信信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，提升了通信傳輸穩(wěn)定性，但如果沒(méi)有足夠多的采集信號(hào)，則無(wú)法充分提取信號(hào)特征；文獻(xiàn)[11-12]設(shè)計(jì)了檢測(cè)HPLC模塊異常的裝置，可以對(duì)不同廠家的模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)；文獻(xiàn)[13]提出了基于交互時(shí)長(zhǎng)的通信協(xié)議應(yīng)用診斷，提高了曲線(xiàn)采集任務(wù)采集效率，但需要剔除通信不良或干擾嚴(yán)重時(shí)段的通信報(bào)文；文獻(xiàn)[14-15]利用終端設(shè)備故障信息來(lái)確定通信故障位置；文獻(xiàn)[16-17]構(gòu)建了具有高速電力線(xiàn)載波和微功率無(wú)線(xiàn)通信能力的雙模異構(gòu)場(chǎng)域網(wǎng)，提高了連通率和傳輸效率，彌補(bǔ)了單一通信方式在復(fù)雜環(huán)境下的通信效果。

當(dāng)?shù)蛪号_(tái)區(qū)數(shù)據(jù)通信出現(xiàn)問(wèn)題后，各廠家才開(kāi)始對(duì)HPLC通信單元進(jìn)行監(jiān)控，收集到一定量的調(diào)試信息后分析問(wèn)題原因，而且在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)模塊進(jìn)行監(jiān)控極不方便，需要將電能表的模塊頻繁插拔，這一系列操作較為費(fèi)時(shí)，存在的問(wèn)題來(lái)不及監(jiān)控便已經(jīng)消失，甚至有些問(wèn)題再監(jiān)控時(shí)難以復(fù)現(xiàn)。因此，文中設(shè)計(jì)出基于HPLC技術(shù)的智能電能表通信模塊狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，該裝置安裝于HPLC模塊與智能電能表或集中器之間，通過(guò)載波可對(duì)不同廠家模塊的運(yùn)行報(bào)文信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和存儲(chǔ)，并自動(dòng)化解析，分析出故障原因，減少運(yùn)維工作量，用戶(hù)可及時(shí)查看解決問(wèn)題，提高電力企業(yè)通信可靠性和采集成功率等運(yùn)行指標(biāo)，為數(shù)據(jù)分析工作提供充足的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而達(dá)到配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)[18-19]，線(xiàn)損精確定位分析[20]，用戶(hù)用電異常[21]報(bào)警等服務(wù)。

1 監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)

1.1 監(jiān)測(cè)單元硬件設(shè)計(jì)

文中所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)單元符合HPLC互聯(lián)互通通信標(biāo)準(zhǔn)，將通過(guò)國(guó)網(wǎng)電科院芯片級(jí)測(cè)試認(rèn)證的HPLC載波通信芯片接入電力載波線(xiàn)路從而具備監(jiān)測(cè)單元的監(jiān)測(cè)功能。該系列監(jiān)測(cè)單元分為CCO監(jiān)測(cè)單元和STA監(jiān)測(cè)單元，其硬件原理圖如圖1所示。主要由供電電源電路模塊、載波監(jiān)聽(tīng)電路模塊、SD卡存儲(chǔ)電路模塊、MCU外圍電路模塊(包括外部晶振電路和LED指示燈電路)、接收濾波電路模塊和強(qiáng)弱電載波耦合電路模塊組成。圖1中Meter強(qiáng)電接口為220 V電力線(xiàn)，同時(shí)作為載波通信的路徑，Meter弱電接口為電能表提供的12 V電源，同時(shí)作為與HPLC模塊信息交互的接口。

圖1 硬件原理圖

監(jiān)測(cè)單元上電運(yùn)行后，供電電源電路模塊將電能表提供的12 V轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3.3 V提供給監(jiān)測(cè)單元系統(tǒng)中的載波監(jiān)聽(tīng)電路模塊、SD卡存儲(chǔ)電路模塊、MCU外圍電路模塊、接收濾波電路模塊。當(dāng)HPLC模塊與電力線(xiàn)有信息交互或HPLC模塊與電能表有信息交互時(shí)，監(jiān)測(cè)單元載波監(jiān)聽(tīng)電路模塊開(kāi)始工作，并將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SD卡存儲(chǔ)電路模塊中，完成監(jiān)測(cè)單元基本的工作過(guò)程。接收濾波電路模塊能夠?qū)?lái)自電力線(xiàn)上除數(shù)據(jù)頻段以外的噪聲進(jìn)行濾除，保證在噪聲環(huán)境復(fù)雜的情況下，載波數(shù)據(jù)也能準(zhǔn)確地發(fā)送到載波監(jiān)聽(tīng)電路模塊中，保證監(jiān)測(cè)單元的性能穩(wěn)定性。

1.1.1 供電電源設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)單元工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的功耗，如果其與原HPLC模塊工作的總功耗超出了電能表的供電能力，會(huì)導(dǎo)致HPLC模塊、監(jiān)測(cè)單元甚至電能表都無(wú)法正常工作。按照設(shè)計(jì)原理搭建測(cè)試模型，測(cè)量監(jiān)測(cè)單元的工作功耗，計(jì)算監(jiān)測(cè)單元與HPLC模塊一起工作時(shí)的動(dòng)態(tài)功耗，功耗驗(yàn)證如表1所示。

表1 功耗驗(yàn)證

根據(jù)模塊功耗，如果使用5 V電池供電，假定電池輸出電源模塊功率轉(zhuǎn)換效率為90%，則需要電池輸出電流67 mA，按照工作1天計(jì)算，電池容量需要1 608 mAh，當(dāng)前普通的充電寶額定容量10 000 mAh，可以支持6天，無(wú)法滿(mǎn)足持續(xù)10天工作要求。根據(jù)表1結(jié)果，監(jiān)測(cè)單元整體工作功耗很小，集中器、電能表完全可以滿(mǎn)足供電需求，因此選擇采用電表弱電接口取電方式，使用DC-DC模塊轉(zhuǎn)換輸出3.3 V作為系統(tǒng)工作電源，供電電源電路如圖2所示。該方案從電能表取12 V電源，因此只要電能表電源正常，監(jiān)測(cè)單元即可正常工作，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作的需求。

圖2 供電電源電路

將HPLC模塊插在監(jiān)測(cè)單元上與對(duì)比模塊進(jìn)行抗衰減、抗噪聲測(cè)試，結(jié)果如表2所示。因?yàn)楸O(jiān)測(cè)單元是從電能表弱電接口取電，強(qiáng)電接口只有輸入阻抗會(huì)對(duì)接收性能產(chǎn)生影響，根據(jù)二端口傳輸線(xiàn)模型分壓理論計(jì)算出理論衰減值在0.4 dB～1 dB之間，HPLC模塊插在監(jiān)測(cè)單元上的衰減值只要在3 dB以?xún)?nèi)，通信性能就不會(huì)受影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)監(jiān)測(cè)單元供電時(shí)，供電電源不會(huì)引入噪聲等其它因素影響HPLC模塊的通信性能。

表2 載波通信性能影響

1.1.2 載波監(jiān)聽(tīng)設(shè)計(jì)

監(jiān)聽(tīng)電力線(xiàn)上載波信號(hào)需要濾除工頻電壓信號(hào)，工頻電壓功率較大，采用無(wú)源濾波形式，設(shè)計(jì)使用LC方式耦合電力線(xiàn)載波信號(hào)，如圖3所示，其中電容C濾除工頻信號(hào)，采用安規(guī)電容用以提高安全性能；使用變壓器隔離電力線(xiàn)和系統(tǒng)之間電氣連接，增強(qiáng)強(qiáng)弱電之間的電氣隔離用以提高安全性能。

圖3 載波耦合電路

為了提高載波接收性能，在LC耦合電路和載波接收機(jī)之間設(shè)計(jì)濾波器濾除載波頻段外干擾信號(hào)。載波工作頻段覆蓋0.78 MHz～12 MHz范圍，因此設(shè)計(jì)一款帶通濾波器，采用低通+高通級(jí)聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)，借助filter solution軟件設(shè)計(jì)原始電路，結(jié)合實(shí)際器件參數(shù)選型確定電路參數(shù)。考慮濾波器通帶內(nèi)幅頻特性平坦度，采用Butterworth濾波器。

選擇低通3階Butterworth，截止頻率為10 MHz，輸入阻抗500 Ω，輸出阻抗200 Ω，生成電路圖和幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)如圖4所示。結(jié)合考慮工程實(shí)踐效果和仿真參數(shù)，加上后級(jí)內(nèi)部芯片數(shù)字濾波器，截止頻率10 MHz不會(huì)影響設(shè)計(jì)。

選擇高通3階Butterworth，截止頻率為500 kHz輸入阻抗200 Ω，輸出阻抗300 Ω，生成電路圖和幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)如圖5所示。

無(wú)源濾波器性能受輸入輸出阻抗變化影響，輸入端采用510 Ω串聯(lián)阻抗匹配，輸出并聯(lián)510 Ω匹配接收機(jī)阻抗，防止外界強(qiáng)干擾損壞接收機(jī)，增加鉗位設(shè)計(jì)保護(hù)接收機(jī)，接收濾波電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。

1.2 監(jiān)測(cè)單元軟件設(shè)計(jì)

1.2.1 HPLC載波通信報(bào)文和串口通信報(bào)文監(jiān)聽(tīng)及解析

HPLC載波監(jiān)測(cè)單元具備串口監(jiān)聽(tīng)和載波監(jiān)聽(tīng)的能力，通過(guò)串口接入HPLC模塊監(jiān)聽(tīng)對(duì)應(yīng)的HPLC模塊與電能表或者集中器之間的串口交互報(bào)文，也可通過(guò)載波接口利用寬帶OFDM載波調(diào)制方式專(zhuān)門(mén)監(jiān)聽(tīng)其對(duì)應(yīng)的HPLC模塊與其它模塊之間的載波通信報(bào)文。

圖4 3階低通Butterworth

圖5 3階高通Butterworth

圖6 接收濾波電路

監(jiān)測(cè)單元硬件上支持載波監(jiān)聽(tīng)，通過(guò)自動(dòng)掃描載波，獲取當(dāng)前載波工作頻段，在有效頻段內(nèi)監(jiān)控CCO載波交互的報(bào)文。監(jiān)測(cè)單元直連集中器和CCO的交互串口，在集中器和CCO進(jìn)行串口信息交互時(shí)，監(jiān)測(cè)單元可以同時(shí)監(jiān)聽(tīng)CCO串口的接收和發(fā)送，通過(guò)識(shí)別通信的波特率，獲取后續(xù)監(jiān)控的能力，解析交互內(nèi)容或者集中器和CCO交互的時(shí)鐘信息，維護(hù)自身RTC，增加監(jiān)控報(bào)文的時(shí)標(biāo)，支持對(duì)交互報(bào)文進(jìn)行存儲(chǔ)。對(duì)于電能表和STA模塊，監(jiān)測(cè)單元除了支持以上功能外，還支持自動(dòng)識(shí)別波特率及通信地址，有精準(zhǔn)信息，更方便進(jìn)行報(bào)文分析。

對(duì)于接收到的載波報(bào)文，按照HPLC協(xié)議進(jìn)行解析，先按照MPDU定界符類(lèi)型區(qū)分為信標(biāo)幀、SOF幀、選擇確認(rèn)幀和網(wǎng)間協(xié)調(diào)幀四種，再將SOF幀按照MSDU類(lèi)型區(qū)分為網(wǎng)絡(luò)管理消息報(bào)文和應(yīng)用層報(bào)文。

1.2.2 HPLC網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)間獲取及維護(hù)校正

CCO時(shí)鐘同步流程圖如圖7所示。CCO組網(wǎng)完成后立即向集中器請(qǐng)求時(shí)鐘，并通過(guò)HPLC模塊廣播校時(shí)報(bào)文對(duì)全網(wǎng)STA進(jìn)行時(shí)鐘校時(shí)。CCO還可固定周期向集中器請(qǐng)求時(shí)鐘，校準(zhǔn)自身時(shí)鐘，CCO向集中器請(qǐng)求時(shí)鐘默認(rèn)周期為4小時(shí)。

STA接收到CCO的HPLC模塊校時(shí)報(bào)文后，按照校時(shí)報(bào)文同步自身的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，然后讀取電表時(shí)鐘，計(jì)算電表時(shí)鐘與自身實(shí)時(shí)時(shí)鐘之間時(shí)間偏差T，并將這個(gè)偏差值保存在存儲(chǔ)器中，掉電不丟失。STA重啟后，檢查時(shí)鐘有效標(biāo)志，讀出時(shí)鐘偏差T，讀取電能表時(shí)鐘，根據(jù)時(shí)間偏差計(jì)算出時(shí)鐘初始時(shí)間，啟動(dòng)時(shí)鐘。

圖7 CCO時(shí)鐘同步流程

STA時(shí)鐘同步流程圖如圖8所示。

圖8 STA時(shí)鐘同步流程

與HPLC模塊安裝在一起的通信監(jiān)測(cè)單元，只要能從串口或者載波線(xiàn)路接收到本網(wǎng)絡(luò)的校時(shí)報(bào)文，就可以將自身的實(shí)時(shí)時(shí)鐘與HPLC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步校正。利用報(bào)文時(shí)標(biāo)可快速準(zhǔn)確定位故障發(fā)生于某一天某一刻。

1.2.3 日志存儲(chǔ)管理

日志存儲(chǔ)功能將監(jiān)聽(tīng)到的通信報(bào)文與實(shí)時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)一起，作為日志信息寫(xiě)入監(jiān)測(cè)單元的SD卡中。寫(xiě)日志報(bào)文時(shí)，先將16進(jìn)制報(bào)文幀格式轉(zhuǎn)換為ASCII碼，保存為可顯示字符，取日志報(bào)文時(shí)直接按文本文件導(dǎo)入到電腦。

2 通信故障分析

文中還設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)測(cè)單元日志分析軟件，其總體結(jié)構(gòu)圖如圖9所示，它包含預(yù)解析模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、流程分析模塊和判別需求模塊。預(yù)解析模塊將日志文件中的信息進(jìn)行第一次基礎(chǔ)的協(xié)議解析，記錄網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息交互記錄，并進(jìn)行歸類(lèi)劃分和存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)分析模塊根據(jù)需要的網(wǎng)絡(luò)信息將經(jīng)過(guò)預(yù)解析的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)解析，取出網(wǎng)絡(luò)信息并存儲(chǔ)，記錄網(wǎng)絡(luò)屬性(網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、組網(wǎng)過(guò)程、白名單、芯片ID、模塊ID；流程分析模塊根據(jù)不同的業(yè)務(wù)功能采用不同的業(yè)務(wù)流程判別方案進(jìn)行流程的核對(duì)，可只判別STA或CCO自身的流程，也可將STA和CCO的流程對(duì)照進(jìn)行判別，分析出抄表、深化應(yīng)用類(lèi)流程是否有異常；判別需求模塊提供操作UI，方便用戶(hù)與系統(tǒng)交互。該軟件能夠?qū)Υ鎯?chǔ)的日志文件按設(shè)備按網(wǎng)絡(luò)逐級(jí)自動(dòng)化分析判別，用戶(hù)通過(guò)查詢(xún)對(duì)應(yīng)條目獲取本地通信模塊故障及原因。

圖9 總體結(jié)構(gòu)

流程分析模塊中，通過(guò)分析HPLC組網(wǎng)流程，可以得到組網(wǎng)完成時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)層級(jí)數(shù)、代理節(jié)點(diǎn)數(shù)量、是否有相鄰網(wǎng)絡(luò)串?dāng)_等信息，可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層級(jí)偏高、某一層級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)偏少存在瓶頸、存在檔案異常等問(wèn)題。通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)維護(hù)流程，可以得到拓?fù)渥兏畔?、STA節(jié)點(diǎn)離線(xiàn)上線(xiàn)信息、層級(jí)之間發(fā)現(xiàn)列表報(bào)文攜帶的上下行成功率統(tǒng)計(jì)信息等，根據(jù)這些信息可以判斷出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變更、STA異常離線(xiàn)、不同廠家模塊之間成功率統(tǒng)計(jì)異常等各種問(wèn)題。通過(guò)分析從CCO到STA的上下行抄表業(yè)務(wù)流程，可以得到交互流程、抄表并發(fā)數(shù)據(jù)、廣播幀數(shù)量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑、重發(fā)次數(shù)等信息，根據(jù)這些信息可以判斷CCO與集中器交互效率異常、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路由錯(cuò)誤、廣播幀過(guò)多導(dǎo)致某些廠家模塊處理阻塞、不同廠家模塊MAC層ACK配合異常等問(wèn)題。通過(guò)分析各種應(yīng)用業(yè)務(wù)報(bào)文，可以得到應(yīng)用業(yè)務(wù)交互流程信息，根據(jù)這些信息可以判斷出不同廠家模塊互通發(fā)生的諸如停復(fù)電誤報(bào)漏報(bào)、相位識(shí)別錯(cuò)誤、臺(tái)區(qū)識(shí)別過(guò)零點(diǎn)偏差等各種問(wèn)題及原因。若集中器上行通信鏈路存在問(wèn)題，則需要分析遠(yuǎn)程通信模塊內(nèi)部的日志記錄；若下行通信鏈路存在問(wèn)題，則本地通信模塊的故障原因如表3所示。

表3 故障判斷

3 應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 臺(tái)區(qū)測(cè)試

對(duì)某供電公司采集系統(tǒng)中兩個(gè)數(shù)據(jù)采集異常臺(tái)區(qū)使用CCO監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，CCO監(jiān)測(cè)單元和CCO模塊如圖10所示，現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖11所示，對(duì)兩個(gè)臺(tái)區(qū)不間斷實(shí)時(shí)偵聽(tīng)監(jiān)測(cè)22*24小時(shí)，并將整臺(tái)區(qū)的報(bào)文打同步網(wǎng)絡(luò)時(shí)間戳。

圖10 CCO監(jiān)測(cè)單元

圖11 安裝示意圖

3.1.1 臺(tái)區(qū)一

臺(tái)區(qū)一為臺(tái)架配電站，供電區(qū)域?yàn)檗r(nóng)村居民用戶(hù)，共有123塊智能電能表，采用A廠家集中器，B廠家電能表和集中器HPLC通信單元，互聯(lián)互通混合使用。該臺(tái)區(qū)存在遠(yuǎn)程費(fèi)控失敗和日凍結(jié)抄讀時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)該臺(tái)區(qū)平均日凍結(jié)采集時(shí)長(zhǎng)為1小時(shí)7分鐘，遠(yuǎn)超同規(guī)模臺(tái)區(qū)的日凍結(jié)時(shí)長(zhǎng)。

于8月19日對(duì)臺(tái)區(qū)一CCO模塊和集中器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用自動(dòng)化解析軟件對(duì)日志文件分析，輸出監(jiān)測(cè)結(jié)果，如表4所示。

故障原因定位后，去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行核查解決。通過(guò)監(jiān)測(cè)單元分析出費(fèi)控指令從8月23日～8月27日沒(méi)有從集中器發(fā)送到CCO上，與營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)遠(yuǎn)程費(fèi)控下發(fā)失敗時(shí)間一致，故費(fèi)控失敗問(wèn)題需要從集中器和主站的日志記錄進(jìn)行分析解決。針對(duì)檔案混亂問(wèn)題，由于臺(tái)區(qū)曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)拆分，確定是集中器檔案與主站檔案不一致，與監(jiān)測(cè)單元分析結(jié)果一致。對(duì)集中器多余檔案進(jìn)行了清除，之后從采集系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，該臺(tái)區(qū)日凍結(jié)抄表時(shí)間約1小時(shí)，按照該計(jì)算方法，如果刪除多余檔案，則該臺(tái)區(qū)理論日凍結(jié)抄表時(shí)間約為12分鐘。對(duì)操作之后日凍結(jié)抄表時(shí)間與操作之前進(jìn)行對(duì)比如表5所示。

表4 故障分析

表5 日凍結(jié)抄讀時(shí)間

由表5可看出實(shí)際抄表時(shí)間與理論計(jì)算相符合。由此證明，刪除多余檔案明顯縮短了日凍結(jié)數(shù)據(jù)抄讀時(shí)間。

HPLC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定集中器并發(fā)抄表的并發(fā)量。各個(gè)集中器廠家和本地通信單元廠家關(guān)于并發(fā)抄表最大并發(fā)幀數(shù)并不相同。所以在并發(fā)抄表中，集中器的并發(fā)量與CCO模塊的并發(fā)量未能保持兼容，數(shù)據(jù)采集效率不能達(dá)到最高，導(dǎo)致集中器抄表時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)。

針對(duì)終端復(fù)位問(wèn)題，修改升級(jí)集中器程序，使該集中器每日00點(diǎn)不再對(duì)CCO進(jìn)行復(fù)位，修改后組網(wǎng)時(shí)間減少，臺(tái)區(qū)的日凍結(jié)抄表時(shí)間和曲線(xiàn)數(shù)據(jù)抄表時(shí)間因此減少。

3.1.2 臺(tái)區(qū)二

臺(tái)區(qū)二為箱變配電站，供電區(qū)域?yàn)槌鞘芯用裥^(qū)，共計(jì)654塊智能電能表，采用A廠家集中器，C廠家電能表HPLC通信單元，B廠家集中器HPLC通信單元，互聯(lián)互通混合使用。該臺(tái)區(qū)存在日凍結(jié)抄讀時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和曲線(xiàn)采集漏點(diǎn)，24點(diǎn)電壓曲線(xiàn)抄讀如圖12所示。經(jīng)統(tǒng)計(jì)該臺(tái)區(qū)平均日凍結(jié)采集時(shí)長(zhǎng)為3小時(shí)16分，遠(yuǎn)超同規(guī)模臺(tái)區(qū)的日凍結(jié)時(shí)長(zhǎng)。

圖12 電壓曲線(xiàn)

于8月20日對(duì)臺(tái)區(qū)二CCO模塊和集中器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判別出故障原因如表6所示。

故障原因定位后，去現(xiàn)場(chǎng)對(duì)臺(tái)區(qū)二修改升級(jí)集中器程序，使該集中器每日00點(diǎn)不再對(duì)CCO進(jìn)行復(fù)位，因此組網(wǎng)時(shí)間減少。將集中器并發(fā)數(shù)改成10條，與CCO并發(fā)數(shù)保持一致，臺(tái)區(qū)曲線(xiàn)數(shù)據(jù)采集明細(xì)如圖13所示，修改并發(fā)數(shù)后臺(tái)區(qū)24點(diǎn)曲線(xiàn)數(shù)據(jù)采集完整率明顯高于并發(fā)數(shù)不一致時(shí)曲線(xiàn)采集完整率，后期進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，曲線(xiàn)采集完整率會(huì)更高，達(dá)到100%。

表6 故障分析

圖13 電壓曲線(xiàn)

在兩個(gè)異常臺(tái)區(qū)測(cè)試監(jiān)測(cè)單元，根據(jù)實(shí)時(shí)記錄的報(bào)文信息，精準(zhǔn)分析出當(dāng)前影響數(shù)據(jù)采集成功率的網(wǎng)絡(luò)故障原因。對(duì)異常問(wèn)題解決之后，使得抄表時(shí)間最優(yōu)化，24點(diǎn)曲線(xiàn)或96點(diǎn)曲線(xiàn)抄讀可以達(dá)到采集性能要求。

3.2 并發(fā)抄表方式測(cè)試

兩個(gè)臺(tái)區(qū)都使用A廠家集中器，在進(jìn)行報(bào)文分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)A廠家集中器在并發(fā)抄表時(shí)，其并發(fā)量固定為5條，且該集中器對(duì)645協(xié)議電能表數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行抄讀時(shí)，每幀只包含一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。如兩個(gè)臺(tái)區(qū)對(duì)單相645協(xié)議電能表數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行抄讀時(shí)，3個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)分為3次抄回，此種方式未能充分利用HPLC通信網(wǎng)絡(luò)的并發(fā)抄表性能。

因此，抽取供貨量大的現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)區(qū)集中器與CCO模塊進(jìn)行報(bào)文監(jiān)控，包括A廠家等5個(gè)廠家集中器和B廠家等CCO模塊，針對(duì)集中器的并發(fā)量與CCO模塊的并發(fā)量兼容性問(wèn)題和并發(fā)幀中每幀包含最大數(shù)據(jù)項(xiàng)項(xiàng)數(shù)問(wèn)題進(jìn)行測(cè)試分析，以確定集中器的并發(fā)量與CCO模塊的并發(fā)量達(dá)到最優(yōu)抄表速率，測(cè)試結(jié)果如表7和表8所示。集中器對(duì)645協(xié)議電能表數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行抄讀時(shí)每幀只包含1個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，這樣的抄讀方式會(huì)大大增加日凍結(jié)數(shù)據(jù)采集時(shí)間。隨著每幀包含數(shù)據(jù)項(xiàng)個(gè)數(shù)的增加，日凍結(jié)數(shù)據(jù)采集時(shí)間在大大縮短。

表7 集中器并發(fā)量

表8 CCO并發(fā)量

3.3 裝置對(duì)比分析

文獻(xiàn)[12]介紹了一種HPLC現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維模塊，通過(guò)藍(lán)牙通信將運(yùn)維模塊與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)終端連接，內(nèi)嵌標(biāo)準(zhǔn)CCO模塊和STA模塊，根據(jù)待測(cè)故障模塊類(lèi)別選擇對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行模擬交互和報(bào)文監(jiān)控與解析，通過(guò)內(nèi)置處理器的分析將HPLC模塊故障結(jié)果上報(bào)給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)終端。但是文獻(xiàn)[12]設(shè)計(jì)的裝置是在出現(xiàn)問(wèn)題反饋后，人工去現(xiàn)場(chǎng)對(duì)相應(yīng)模塊進(jìn)行通信故障排查，當(dāng)有大量問(wèn)題模塊時(shí)，工作量將特別大，現(xiàn)場(chǎng)排查只是待測(cè)故障模塊和運(yùn)維模塊的一對(duì)一交互監(jiān)測(cè)，而且只能監(jiān)聽(tīng)到該段時(shí)間的通信報(bào)文，屬于延遲監(jiān)聽(tīng)，不一定能夠復(fù)現(xiàn)已出現(xiàn)的問(wèn)題，使得問(wèn)題原因無(wú)法查詢(xún)到，而監(jiān)測(cè)單元接入載波線(xiàn)路通信穩(wěn)定，可以分布式部署，長(zhǎng)期對(duì)每一個(gè)HPLC模塊的原始通信報(bào)文進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，實(shí)時(shí)同步錄制保存所有時(shí)刻運(yùn)行信息，并可以對(duì)同一時(shí)間所有模塊的交互情況進(jìn)行監(jiān)控，提供更多的分析信息，利用解析軟件對(duì)監(jiān)聽(tīng)的報(bào)文信息進(jìn)行分析后，可定位故障原因及發(fā)生時(shí)刻。將文獻(xiàn)[12]所設(shè)裝置與監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行對(duì)比，如表9所示。

表9 監(jiān)測(cè)裝置對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)了一種基于載波通信技術(shù)的全方位、高要求監(jiān)控HPLC模塊運(yùn)行裝置，分析了硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件功能設(shè)計(jì)和故障診斷流程。現(xiàn)場(chǎng)試掛應(yīng)用表明，該裝置不受安裝現(xiàn)場(chǎng)條件限制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、監(jiān)控智能、實(shí)用性強(qiáng)，有利于供電企業(yè)及時(shí)解決本地通信質(zhì)量問(wèn)題，提高日凍結(jié)、96點(diǎn)曲線(xiàn)數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程費(fèi)控等采集業(yè)務(wù)成功率，穩(wěn)固HPLC深化應(yīng)用類(lèi)業(yè)務(wù)，有效提升用戶(hù)用電服務(wù)體驗(yàn)。